裴榮富 中國工程院院士

（中國地質科學院礦產資源研究所）

21世紀礦業(yè)應向后工業(yè)發(fā)展勢態(tài)傾斜
——適者生存和可持續(xù)發(fā)展

裴榮富 中國工程院院士

（中國地質科學院礦產資源研究所）

“后工業(yè)”（Post-Industry）是知識經濟或曰“新經濟”的發(fā)展時代。這個時代的自然資源和一般勞動力資源，包括礦產資源，在國民經濟和社會發(fā)展中的基礎地位逐漸為知識產權、市場網絡、信息、創(chuàng)新環(huán)境等后天獲得性資源，以及為創(chuàng)新人材的新“認知”（Recognized Intellect）（RI）所代替。然而，據礦產資源分布及其成礦既具有一定的全球統(tǒng)一性又有區(qū)域的特殊性，以及不同國家（地區(qū)）對礦產資源勘查程度的不均衡性，特別是礦業(yè)活動與其他產業(yè)性質的不同，如何能按不同國家（地區(qū)）的具體發(fā)展狀況，做好21世紀礦業(yè)向“后工業(yè)”發(fā)展勢態(tài)的傾斜，達到適者生存和礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標是當代探討的重大問題（A.H.Meldrum,2001）。本文在概括闡述了21世紀礦業(yè)發(fā)展勢態(tài)、礦業(yè)活動特點及其自然屬性的基礎上，提出了礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的地質勘查和礦業(yè)活動決策支持系統(tǒng)的模擬，以及對當前緊缺銅礦資源可持續(xù)發(fā)展的新“認知”

后工業(yè) 新經濟 新認知 雙控論和合理域 衍生成礦作用 構造成因

一、21世紀礦業(yè)發(fā)展勢態(tài)

21世紀礦產資源和礦業(yè)活動可持續(xù)發(fā)展的勢態(tài)應是既滿足當代人的需要也不危害后代人的發(fā)展，并強調人們需求礦產資源權力的公平性，以及人類經濟和社會發(fā)展與礦產資源承載能力的補償性和全球礦業(yè)活動的共同性。這是因為礦產資源是不可再生的耗竭性資源，又是地球自然生態(tài)系統(tǒng)，甚至是宇宙世界的重要組成部分。21世紀的礦業(yè)發(fā)展模式不應是再依賴過量消耗資源，損害生態(tài)環(huán)境發(fā)展經濟，本文據宋瑞祥主編中國礦產資源報告（1997），概括其發(fā)展勢態(tài)的主要目標為：①供給需求要保證平衡；②管理與保護措施要有效；③政策與法規(guī)要建全；④環(huán)保與經濟發(fā)展要協(xié)調。采取的主要戰(zhàn)略是：①開放型的資源供給；②節(jié)約型的資源消耗；③集約與科技推動型的資源開發(fā)；④協(xié)調型的區(qū)域礦產資源發(fā)展。依靠的主要措施是：①大力依靠科學技術創(chuàng)新，提高智能和深化“認知”；②按各國家（地區(qū)）礦產資源的具體狀況，周密地安排礦產資源調查評價、勘查和開發(fā)；③加強政策的宏觀調控，建立礦產資源調查評價、勘查和開發(fā)的區(qū)塊管理；④實行統(tǒng)籌規(guī)劃和統(tǒng)一管理，強化開發(fā)過程中的監(jiān)督和有效利用；⑤強調節(jié)約資源和生態(tài)環(huán)境保護；⑥加大礦業(yè)技術開發(fā)的科研投入，強調礦山開發(fā)環(huán)境的保護；⑦開展全球礦產資源成礦研究，有計劃地開拓和利用國內、外兩種礦產資源、兩個市場，有目的地進行國外資源勘查，實行資源互補；⑧發(fā)揮國家優(yōu)勢礦產出口，調整礦產品進口戰(zhàn)略；⑨從產業(yè)優(yōu)化改變消費方式，提高單位礦產資源產出效益，保障社會消費和生產體系長期穩(wěn)定。

為了達到對上述21世紀礦業(yè)活動發(fā)展的主要目標、管理措施和戰(zhàn)略，必須建立在礦產資源自身的特點和其自然屬性的基礎上。

二、礦產資源和礦業(yè)開發(fā)的特點

礦產資源是自然資源的一種，是人類賴以生存的重要物質基礎。但是，它是在地球演化過程中，通過一定成礦作用形成的，并在當代技術經濟條件下能為人們開發(fā)利用的經濟地質體。該地質體在自然資源分類中屬物質資源，是勞動的對象，而且是通過合理的勘查、開發(fā)和加工過程，其自身被消耗而加入礦產品中的不可再生的耗竭資源。因而，礦業(yè)開發(fā)與其他產業(yè)有著不同的經濟規(guī)律，其他產業(yè)在生產過程中可以通過對所消耗生產資料的補充而得以持續(xù)發(fā)展，但是，礦業(yè)企業(yè)即使補充了生產資料，它仍舊是從開發(fā)伊始即逐漸進入礦產資源的消亡，最終在原地仍是不能持續(xù)生產。因而礦山設計規(guī)模保持在一定年限內，依靠科學技術進步，運用新的“認知”在深部、外圍和有關成礦遠景區(qū)不斷發(fā)現新的礦產資源，是解決緊缺礦產短缺、危機礦山新生和礦產資源可持續(xù)發(fā)展的重要舉措（裴榮富等，1999）。

三、礦產資源的自然屬性

上述的礦產資源和礦業(yè)開發(fā)的特點正是礦產資源自然屬性所賦予的。眾所周知，礦產資源作為長期地質歷史演化過程中，形成可被利用的物質實體，是需要經過多學科的先進科學技術和創(chuàng)新的“認知”給予支撐而實現的。其實現過程是受其下列自然屬性所制約的：

1－礦產資源形成的地質條件和成礦規(guī)律具有認識的不確切性

礦產資源作為在地球演化史中形成的客觀地質體是較難于應用所能觀察到的部分成礦信息而十分準確的給予歷史再造，即使我們進行大量礦產勘查和成礦研究，仍然僅是對其進行的不同程度推斷和評價的認識成果。這一認識成果是解決礦產，資源賦存規(guī)律的重要依據，但具有很多不確切性。因而對礦產成礦規(guī)律和評價的要求，一方面要通過科學實踐深化“認知”，另一方面只需達到一定地質的和經濟技術條件研究保證程度的合理性即可滿足礦山工業(yè)建設的要求。例如應用50×50米勘查工程探出的證實儲量仍允許有5%的誤差。

2－礦產資源在地質體中具有賦存的隱蔽性

作為礦產資源的經濟地質體很少100%的出露地表，對其勘查的實體大部是在地下，特別是對那些從未出露的盲礦體，更是全隱蔽性的。礦產資源的這種隱蔽性完全不同于土地和森林等其他自然資源。它是需要投入大量物化勞動，特別是創(chuàng)造性思維勞動才能予以發(fā)現和窺其全貌，而且能否作為勞動對象參與礦業(yè)生產過程，還必須通過礦山建設可行性研究和生產勘探。

3－礦產資源具有礦田、礦床、礦體及其結構－構造和組分組成的整體性

作為礦產資源的載體是由礦田、礦床、礦體及其結構－構造和多種組份組成的具體反映。它們所反映的礦田范圍、礦床規(guī)模、礦體集散、組份共生和伴生狀態(tài)、品位貧富等特點都要從其賦存的結構、構造整體性來評價，礦業(yè)開發(fā)必須與其整體性相適應，經濟技術條件的合理性也應與其整體性相匹配。

4－礦產資源分布具有不均勻性

礦產資源的分布取決于特定的地質構造控礦條件，不受國界、國家內部的行政區(qū)劃所限定。因而，礦產資源的分布規(guī)律既具有全球的普遍性也有區(qū)域的特殊性。這種不均勻性的分布規(guī)律為礦業(yè)利用國內和國外“兩種礦產資源、兩個市場”的戰(zhàn)略計劃提供客觀依據，也是在國內、外開展礦產資源勘查和礦業(yè)開發(fā)、合理安排工業(yè)布局的客觀必然。

5－礦產資源具有一定成礦規(guī)律的最佳耦合性礦產資源的分布雖然具有不均勻性，但其形成并不是隨機的，是受一定地質因素控制的，特別是受成礦地質背景、控礦場地、成礦相和結構-構造礦床，即“景、場、相、床”四個等級體制成礦最佳耦合控制的（裴榮富等，1999）。最佳耦合不完全符合隨機概率的統(tǒng)計，而且其出現機率是很小的。因而，必須通過大量地質觀察和加強對促成等級體制最佳耦合成礦機制的深入研究，深化對其最佳耦合成因的“認知”是今后礦產勘查評價的重要研究方向。

6－礦產資源開發(fā)利用具有地質的和經濟技術條件評價的雙重性

除上述對礦產資源認識的不確切性、地質體賦存的隱蔽性、載體的整體性、分布的不均勻性和等級體制最佳成礦耦合性等必須通過大量多學科科學技術和創(chuàng)新“認知”給以支撐外，由于礦產資源開發(fā)利用條件的復雜性決定著礦業(yè)活動投資大、周期長、風險高，以及在礦山建設開發(fā)過程中必須解決大量采掘、選冶、通風、地溫、水文地質、地壓、安全、環(huán)保等可行性的研究，所以礦業(yè)活動的可持續(xù)發(fā)展還必須兼具地質研究保證程度的和技術經濟條件可行的雙重性（裴榮富等，1999，2001）。

四、礦產資源和礦業(yè)開發(fā)可持續(xù)發(fā)展的科學技術模擬

為了保證礦產資源和礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，根據礦業(yè)活動特點和自然屬性提出下列礦產合理勘查的“雙控論”、“合理域”和礦業(yè)活動決策支持系統(tǒng)的模擬：

1－礦產勘查的“雙控論”與“合理域”模擬

該模擬的設想是建立在礦產資源兼具地質研究保證程度和技術經濟條件可行的雙重性基礎上。其中地質研究采用四個等級體制成礦最佳耦合研究的保證程度度來表達，如圖1縱座標（a）；技術經濟條件研究的保證程度用各種開發(fā)技術條件的可行性來表達，如圖1橫座標（b）。按a與b比例的不同，在座標圖上按不同斜率勾畫出一條礦產勘查的曲線（粗線），并按斜率的大小劃分出7個勘查評價程序，8個不同評價的礦床和5個不同評價的礦山，使礦產勘查評價程序不僅建立在成礦等級體制耦合研究不同保證程度基礎上，也達到技術－經濟條件研究保證程度的要求。圖1中標出的勘查開發(fā)不同階段的界線帶（陰影）和最優(yōu)界線（實線）是反映合理勘查評價相對性和優(yōu)選性的。因為若需礦產勘查評價達到最佳界限，必須投入極大，而且對一些復雜的難于確切探明的礦產資源也不需要作到最佳界限，只要達到當前經濟技術條件允許，并能滿足礦產地質研究保證程度就合理了。圖中界線帶的陰影范圍即為“合理域”。

2－礦業(yè)活動決策支持系統(tǒng)的模擬

在上述礦產勘查原則和勘查模擬的基礎上，建立礦產勘查決策支持系統(tǒng)是合理進行勘查管理的重要舉措?？辈楣ぷ鳑Q策支持系統(tǒng)應根據其工作的不同勘查階段、不同礦床地質復雜程度、勘查技術的經濟條件、工作目的任務和勘查范圍等決策其勘查成果、周期、投資大小和風險比例（圖2）。例如從圖2中可以顯示：普查階段以成礦地質構造背景和成礦堆積環(huán)境和簡要的經濟－技術條件試驗研究為主，回答的勘查任務是何處找礦和哪里有礦，決策目的是圈出有利成礦遠景區(qū)，采用的地質測量是大－中等范圍的?。斜壤?，工作年限為數月或復查到數年，投入小，以不足總勘查費用的10%為限，風險可允許大到100%；礦床評價勘查階段則以進入成礦構造聚斂場和金屬成礦相詳細的和經濟技術條件可行的初步研究為主，勘查任務是回答勘查對象是否具工業(yè)意義，決策目的是提供現時工業(yè)意義的礦床或僅具將來意義或具邊采邊探或予以否定的礦床，工作范圍小于幾平方公里，采用中－大比例尺地質測量，工作年限為年到數年，投入中等，最多投入達總勘查費用的25%，風險小于50%；礦床工業(yè)勘探階段則以進行礦床結構－構造的詳細研究，回答礦山如何開發(fā)或暫不進行礦山建設設計為將來提供技術儲備的礦床，采用大比例尺地質測量和工作范圍小于1km2，一般1-2年完成。

圖1 礦產勘查評價模擬設想（Fig. 1 Assessment modeling of mineral exploration）

圖2 礦業(yè)活動決策支持系統(tǒng)模擬(Fig.2 Decision-making system modeling of mineral exploration and mining activity)

五、銅礦資源可持續(xù)發(fā)展調查評價新“認知”

銅礦是人類認識最早和開發(fā)利用的礦產，由于它被廣泛而大宗地應用于工業(yè)建設和經濟發(fā)展，迄今全球對之進行大規(guī)模調查評價和勘查開發(fā)仍經久不衰。但是有些國家，如中國的銅礦資源還是急待調查評價和勘查的緊缺礦產。銅礦的全球分布雖然比較廣泛，但大-超大型礦床的分布非常不均衡，產出構造背景、成礦時代和礦床類型均偏在（裴榮富等，1998）。據李朝陽等（2000）、戴自希（1983）統(tǒng)計五大洲150余國家七種類型銅礦儲量大于500萬噸的僅有51個（表1），并以南、北美洲最多，其中斑巖型銅礦占28個，總儲量為36586萬噸，占51個超大型銅礦床總量（64045萬噸）的57.1%；沉積巖容礦（砂頁巖）型銅礦占15個，總儲量為17828萬噸，占51個超大型銅礦床總儲量的27.8%。兩個類型銅礦即已占據銅礦已知的7個主要類型的84.9%。今后應以調查評價斑巖型和沉積巖容礦型銅礦將是保證其可持續(xù)發(fā)展的重要方向。

圖3 全球超大型銅礦和金礦分布圖*(據R.J Goldfarb資料修編)(Fig. 3 Distribution of global super large copper and gold deposits)

斑巖型銅礦主要密集分布于環(huán)太平洋、古亞洲和阿爾卑斯-喜馬拉雅三個成礦帶。環(huán)太平洋成礦帶除圍繞其中心的達爾文海隆向周邊劃分為洋緣大金環(huán)、陸緣大銅環(huán)和陸內大鎢、錫環(huán)外，又按其疊復于前中-新生代的克拉通和造山帶的地質背景不同，可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個不同成礦象限的亞帶（圖3）。斑巖銅礦則偏在產出濱東北和東南太平洋科迪勒拉-安第斯陸緣新生代構造-巖漿鏈；濱西南太平洋陸緣新生代島弧帶和濱西北太平洋陸緣中生代火山-侵入巖帶；產于特提斯-喜馬拉雅成礦帶則偏在中-新生代陸緣和殘余地塊邊緣構造-巖漿區(qū)；產于古亞洲成礦帶則偏在于后造山扭張性構造火山-侵入巖的巖株-巖鐘部位；沉積巖容礦型銅礦主要密集分布于非洲、澳洲、北美、南美、歐亞洲的前寒武紀古老地塊成礦域，并偏在產出在晚太古和早-中元古代的Tanzania、Zimbabwe、Kaapvoal克拉通、Pilbara、Yilgarn克拉通、Carajas、Quadrilatreo、Guyana地盾、Superior、Dakota、Manitoba-Saskatehewan克拉通、Dharwar克拉通、Siberia克拉通、中朝-揚子地臺、Ukrainian地盾、Karelian克拉通，以及其古生代蓋層沉積盆地等成礦堆積環(huán)境中（圖3，表1）。

60年代以來，對在上述兩類型礦床偏在產出的地質構造背景和成礦堆積環(huán)境上，應用地、物、化、遙多學科進行了大量統(tǒng)計預測，雖然在戰(zhàn)略找礦上有所啟示，但達到找礦效益的成功率很低，據國外有關勘查單位統(tǒng)計其成功率只有0.1%～0.7%（趙鵬大，2001）。這是因為地質成礦是受

多種成礦因素支配的，它不完全符合概率統(tǒng)計的隨機性。21世紀開始，歐美等礦產資源大國已不再大量投入統(tǒng)計預測，而代以深化認識成礦作用的新“認知”（RI）并著重對其關鍵科學問題進行示范研究的突破，以提高找礦成功率。這是21世紀促進礦產資源可持續(xù)發(fā)展的重要科學技術支撐。本文僅對兩大支柱的沉積巖型和斑巖型銅礦可持續(xù)發(fā)展的某些新“認知”列述如下：

1-衍生成礦作用（過程）與沉積巖型銅礦的可持續(xù)發(fā)展

衍生成礦（作用）（Derivative processes）系指一種類型的礦床受另一種成礦熱事件作用而派生出另一類型礦床，并與前者形成互為衍生的組合關系。它們可以形影相隨，但兩者之中一個類型不發(fā)育，另一類型才能形成特大型礦床（裴榮富等，1998，1999，2001）。

世界級特大型澳林匹克壩Fe-Cu-Au(U-Ag-Co-La-Ce)礦床，銅儲量可達3200萬噸，金1200噸，U3O8 120萬噸，還可綜合回收大量稀土、鐵、銀和鈷，是多種組合的特殊礦床。它的發(fā)現和開發(fā)將解決銅、金、鈾資源供求的30-70%，其經濟意義極大，但自1975年發(fā)現以來，迄今對其成因仍無定論。近年來發(fā)現其在澳大利亞的Ernest Henry，智利的Cande laria、Salobo、Alemao、Sossego、Cristalino和在巴西卡拉加斯地區(qū)產出的一些類似奧林匹克壩式礦床均顯示其金屬組份與沉積巖容礦型銅礦（SSC）、火山紅層型銅礦（VRC）礦床類似。Kirkham（2001）等人通過大量研究提出奧林匹克壩礦床的形成可能首先是由深成巖侵吞了SSC和VRC之后，爆發(fā)巖漿蒸氣作用（phratomagmatism），并形成巨大的，至少有三期花崗巖同角礫巖基（Syn-braceia batholith）的同時，釋放出大量巖漿熱流體，形成既有巖漿源也容納了沉積巖容礦源的多種金屬而超巨量堆積的。據此，提出SSC和VRC型礦床可能是尋找Olympic Dam礦床的標志，或稱它們是互為衍生的礦床組合（裴榮富等，1998）。實際上，在Olympic壩地區(qū)調查評價的最初目標也是尋找SSC型礦床，但勘查結果卻在該區(qū)厚達300m蓋層的深部發(fā)現了隱伏的Olympic壩，從而鑒證了這兩類礦床之間互為衍生的關系。

表1 世界銅金屬儲量大于500萬噸的銅礦床*（Table 1 More than 5 Million tons of metals for copper deposits in the world）

表2 澳林匹克壩銅金礦和沉積巖容礦型鐵銅鈷礦衍生成礦變異相及演化(Table 2 The Derivative Heteromorphic phase deposit and its evolution of Olympic Dam Cu-Au-U-La-Ce deposit and sedimentary-hosted Fe-Cu-Co-Ag-Zn deposit)

另外，作者從擴大特大型礦床找礦方向出發(fā)也提出奧林匹克壩與SSC礦床可能存在衍生變異相（Heteromorphic phase）的成因關系（裴榮富，1994，1998），主要認為SSC型礦床的形成可能是通過巖漿作用衍生和侵蝕-沉積/成巖-化學/機械再造/熱水噴流/表生等多種衍生作用而與奧林匹克壩礦床形成互為找礦標志的礦床組合（圖2）。衍生的礦床可分為BBT，A，B1，B2和C五個相，并預測在加拿大西北部的大熊巖漿帶，南澳大利亞的浩肯克拉通和非洲銅礦帶的邦衛(wèi)因地鐵帶均可能具有這兩類礦床的衍生相（表2）。

上述衍生成礦作用新的“認知”，為擴大發(fā)現世界級特大型礦產資源和銅礦的可持續(xù)發(fā)展開拓了新思路。

2-構造成因（作用）與可持續(xù)發(fā)展

圖4 衍（再）生礦床變異相及成礦演化（Fig.4 Heteromorphic phase of derivative deposits and is evolution）

構造成因（作用）（Tectogenesis）系指構造的構造（Tectonic structure），即區(qū)域大構造是成礦構造的場地準備（Ground preparation），但兩者必須在特定構造事件下達到控構聚斂的最佳耦合才能形成特大型礦床（W.V.Bogacz，2001；裴榮富，1999）。

圖5 智利北-秘魯南部第三紀斑巖型銅礦帶的構造成因(圓圈范圍示礦匯區(qū))(Fig.5 Tectogenesis of the Tertiary porphyry copper belt in north Chilesouth Peru)Circular area showing ore cluster

作為銅礦資源可持續(xù)發(fā)展最大支柱的斑巖型銅礦，偏在產出于智利北部-秘魯南部中第三紀長達近1500公里的南北向深大斷裂系統(tǒng)中（圖5）。這一系統(tǒng)是在區(qū)域的法拉永南美板塊呈北東斜向俯沖匯聚構造作用下，首先形成作為成礦構造場地準備的區(qū)域大斷裂，隨之又耦合了復式-共軛控礦構造，進一步又發(fā)展為地塹式的構造匯聚，然后形成由北向南的科帕基雷、楚基卡馬塔、拉埃斯康迪特和埃爾特尼恩特四個成礦渦穴（Pothole），隨之在四個有利的類似環(huán)狀地塹式的渦穴部位快速堆積了銅量超過2億噸的最大礦匯（Ore claster）區(qū)，堆積成礦時限，都集中在41-32Ma，其中楚基卡馬塔礦匯區(qū)僅為37-32Ma，即在5Ma的短時限內超巨量堆積了近1億噸銅礦（圖5）。這種成礦短時限堆積巨大儲量應是典型異常成礦作用的實例（裴榮富，2000）。在上述大構造場地準備的基礎上，最佳耦合了復式-共軛構造控礦和渦穴構造成礦的構造成因機率是不多見的，只有在異常成礦作用下才能得以實現。對異常成礦作用發(fā)生機制和成因研究的突破將是探尋特大型斑巖型銅礦，促進礦產資源可持續(xù)發(fā)展的重要方向。

結語

新世紀即將進入新的知識經濟時代，礦產資源的可持續(xù)發(fā)展徐應適應新經濟時代的資源供需全球化、加強政策宏觀調控、強化環(huán)境生態(tài)保護等措施外，更應強調創(chuàng)新人材和智能化，依靠科學技術的創(chuàng)新，深化認識礦產資源調查評價、礦產勘查和開發(fā)的新“認知”，以探尋、勘查和開發(fā)具有適應21世紀礦業(yè)需求的特大型礦床為主要目標，深入實際作大量詳細的地質觀察研究，對成礦新“認知”的重要科學問題作示范研究的突破，采納合理的礦產勘查和礦業(yè)活動支持系統(tǒng)將是今后可持續(xù)發(fā)展的重要方向。

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來源：《地球科學——中國地質大學學報》